DE2203123C3

DE2203123C3 - Verfahren zum Gettern von Halbleitern

Info

Publication number: DE2203123C3
Application number: DE2203123A
Authority: DE
Inventors: Samuel Dipl.-Phys. Birr Schweitzer; Georg Wettingen Ziffermayer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1981-02-05
Also published as: US3856472A; SE380674B; CH539950A; DE2203123B2; DE2203123A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gettern von Halbleitern gemäS Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bekannt aus der DE-OS 16 19 991.

Bei der Eindiffusion von gewollten Verunreinigungen in Silizium zur Herstellung sperrender Halbleiterele- Jo mente diffundieren je nach Versuchsbedingungen in mehr oder weniger starkem M?.«se auch ungewollte Verunreinigungen, insbesondere Kupfer, Gold, Elemente der Fe-Ni-Gruppe, in das SiJizium ein. Diese Verunreinigungen führen dann in Wechselwirkung miteinander und mit Strukturdefekten zur Ausbildung von Haft- und Rekombinationszentren. Sie können auch zur Bildung von Donatoren und Akzeptoren Anlaß geben. Das alles wirkt sich in mehr oder weniger unkontrollierbarer Weise auf die elektrischen Funktio- w nen des Halbleiterelementes aus und führt zu einer Streuung der Strom-Spannungscharakteristiken.

Es ist deshalb schon versucht worden, durch Gettern die Eindiffusion von Verunreinigungen zu verhindern bzw. rückläufig zu gestalten. Hier ist bei Silizium die Anwendung von Phosphor- und Borsilikatschmelzen auf der Oberfläche als getterwirksame Schicht von Bedeutung, wobei jedoch die bei dem Getterprozeß entstehenden Gläser Ausdehnungskoeffizienten haben, die stark von demjenigen des Siliziums abweichen. Beim Abkühlen ergeben sich dadurch starke mechanische Verspannungen im Silizium, welche zu Störungen im Kristallgitter und zu latenten Rissen führen können. Dieser Effekt wird umso schlimmer, je größer die Siliziumtabletten werden.

Aus der DE-OS 20 13 224 ist physikalisches und chemisches Gettern bei Temperaturen zwischen 800⁰C und 1300⁰C bekannt. Der Getterstoff ist auf der Halbleiter-Oberfläche vorgesehen und führt insbesondere bei großen Halbleiterscheiben zu starken Verspannungen bzw. Verbiegungen. Im Falle einer aufgerauhten Siliziumoberfläche verbleiben die zu getternden Substanzen in dem Silizium-Körper.

Aus der DE-OS 16 19 991 ist das Gettern von Aluminium aus einer einkristallinen Siliziumschicht mittels eines getrennten festen Körpers aus Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrid bekannt. Mit diesen bekannten Getter-Materialien ist eine Beeinflussung des Dotierungsprofils im Halbleiter nicht möglich.

Eine Vorrichtung zum Durchführen von Diffusionsprozessen bei Halbleiterelementen ist bekannt aus der US-PS3183 130.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gleichzeitigem Eliminieren ungewollter Verunreinigungen Halbleiterelemente mit Bor zu dotieren und dadurch ganz bestimmte Bordotierungsprrfile zu erzeugen. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst

Zweckmäßigerweise besteht der Bornitrid-Festkörper aus Scheiben oder Platten. Diese sind im Gettertemperaturbereich fest und gehen keine Verbindung mit dem Halbleitermaterial ein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Gettern von Halbleitern,

F i g. 2 ein zweites, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Gettern von Halbleitern.

In Fig. 1 sind zwei Halbleiterscheiben 1, 2 zwischen zwei Bornitrid-Platten 3, 4 angeordnet. Die Halbleiterscheiben bestehen beispielsweise aus Silizium. Da die Halbleiterscheiben im allgemeinen planparallele Stirnflächen aufweisen und gleiche Dicke haben, genügt es, lediglich ebenfalls pfane Bornitrid-Platten zu verwenden.

Diese Anordnung wird nun in einen Ofen, ζ. Β. einen laborüblichen Diffusionsofen, der nicht weiter dargestellt ist, eingebracht und auf eine Temperatur von 1000⁰C bis 1200°C gebracht. Die Gettertemperatur soll dabei niedriger sein als die Diffusionstemperatur, um ein bereits eingestelltes Dotierungsprofil nicht zu stören oder zu verändern. Weiterhin soll die Gettertemperatur niedriger sein als der Schmelzpunkt des Bornitrids.

Nach der üblichen Behandlungszeit (etwa 24 h) wird die Anordnung dem Ofen entnommen und auf die übliche Weise abgekühlt.

Während der Wärmebehandlung diffundieren die (eingangs erwähnten) ungewollten Verunreinigungen aus dem Silizium in das Bornitrid. Diese Diffusion hat ihre Ursache darin, daß die Löslichkeit des Bornitrids für sogenannte schnelle Diffusanten die des Siliziums übersteigt.

Bei der Verwendung von Bornitrid kann auf eine Evakuierung des Ofens oder Ampullengetterung in inerter Atmosphäre nicht verzichtet werden. Bornitrid verglast in Gegenwart von Wasserdampf, so daß bei der Verwendung dieser Substanz die Getterung im Vakuum oder in Inertgas erfolgen muß. Bor ist ein geläufiges Dotierungsmittel. Wird Bornitrid auf Gettertemperatur erhitzt, so tritt Bor aus und diffundiert in das Silizium und ändert dort die vorhandene Dotierung oder das vorhandene Dotierungsprofil. Diese Bordiffusion während des Getterns wird dazu benutzt, bestimmte Störstellenkonzentrationen oder Dotierungsprofile zu erzeugen. Auf diese Weise lassen sich der letzte Diffusionsschritt und das Gettern in einem einzigen Verfahrensschritt zusammenfassen, wodurch eine bedeutende Verkürzung der Gesamtbehandlungszeit des Halbleiterelementes erreicht wird.

Während F i g. 1 eine prinzipielle Ausführungsform einer Gettervorrichtung zeigt, die sich aufgrund ihrer schlechten Raumausnutzung wenig für den serienmäßigen Einsatz eignet, vermeidet das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbsispiel diesen Nachteil. Ein abwechselnd aus Halbleiterscheiben 5 und Bornitrid-Scheiben 6

gleichen Durchmessers aufgebauter Stapel ist in einem Dreifuß 7 eingelagert Der Dreifuß besteht aus einer Grundplatte 8 und Beinen 9, 10 und 11 und ist aus Quarzglas gefertigt Die Dicke der Bornitrid-Scheiben beträgt zwischen 0,2 und 0,5, vorzugsweise 03 mm. Dieses Maß stellt einen guten Kompromiß zwischen Raumausnutzung und Gebrauchsdauer der Scheiben 6 dar, da sich letztere erschöpfen.

Weitergehectie Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Getterwirkung noch steigern läßt, wenn die dem Halbleiter zugewandten Oberflächen der Platten oder Scheiben eine bestimmte Oberflächenrauhigkeit aufweisen. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, die genannten Oberflächen so auszubilden, daß ihre Rauhtiefe einen Wert zwischen 1 und t5 μίτι, vorzugsweise zwischen 3 und 7 μπι, hat und daß die beiden in Kontakt stehenden Flächen so eben sind, daß die beiderseitigen Abweichungen der gemittelten Fläche

ί von einer geometrischen Ebene nicht größer sind als die Rauhtiefe.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gettern von Halbleitern ist hinsichtlich Einfachheit und Wirksamkeit allen bekannten Verfahren überlegen. Mechanische

ίο Verspannungen im Halbleiter werden auf ein Minimum reduziert, was insbesondere für Halbleiterscheiben von 50 und mehr Millimeter Durchmesser von überragender Bedeutung ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gettern von Halbleitern, wobei der Halbleiter zusammen mit einem eine höhere Löslichkeit als die Konzentration der zu getternden "> Verunreinigungen aufweisenden, mit dem Halbleiter in innigem Kontakt stehenden Festkörper auf eine Temperatur zwischen 800⁰C und 1300⁰C erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Festkörper (3,4, 6) aus Bornitrid eingesetzt und im ι ο Vakuum oder in inerter Atmosphäre erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bornitrid-Festkörper als Platte oder Scheibe mit einer Dicke zwischen 0,1 und ' mm, vorzugsweise 03 und 0,7 mm, eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Halbleiter zugewandte Platten- oder Scheiben-Oberfläche eine Rauhtiefe zwischen 1 μχη und 15 μητ, vorzugsweise 3 μπι und 7 μΐη, aufweisen.